Місце, де руйнується простір і час
Відомо, що чорна діра «проковтує» не тільки знаходяться поблизу фізичні предмети, а й світло. З цієї причини вона невидима; виявити знаходження в просторі таких явищ можна, лише спираючись на непрямих ознаках.
Природно, наука просто не могла пройти повз даного об'єкта, що виникає після смерті великих зірок (в основному, їх спостерігають в далеких квазарах, у вибухають ядрах галактик). Адже чорні діри мають цілу низку абсолютно фантастичних властивостей: всередині них змінюються властивості простору, сповільнюється час. Ці дві основоположних складових нашого буття в унікальній зоні закручуються в воронку; теоретики вважають, що в її глибині простір і час розпадаються на кванти.
Фактично, ми маємо справу з гравітаційної пасткою, звідки немає виходу. При цьому у цій безодні просто відсутня. спостережувана поверхня. Якщо у нейтронних зірок зареєстровані сильні магнітні поля і строго періодичні пульсації рентгенівських променів, то чорна діра характеризується не піддаються розрахунками флуктуаціями випромінювання. До речі, ще одна особливість: дане явище унікальне за кількістю накопиченої в ньому енергії. У Всесвіті не існує об'єктів, що містили б її більше, ніж чорні діри. Фактично, перед нами невичерпне джерело!
Чорна діра спочатку з'явилася на папері, коли в XVIII столітті вчені Мітчел і Лаплас звернули увагу на «пророцтво», яке містилося в ньютонівської теорії. Математичне розв'язання даної проблеми побачило світ пізніше. На початку XIX століття П'єр Лаплас вперше заговорив про теоретичну можливість існування чорних дір. У знаменитому «Курсі теоретичної фізики» Лев Ландау та Євген Ліфшиц називали цю загадку Всесвіту найкрасивішою з усіх існуючих теорій, а Макс Борн захоплювався нею, «як творінням мистецтва». Подібне ставлення даний об'єкт викликає практично у всій науковій громадськості. Але, як видно, найбільш поетично висловився американський фізик К. Торн: «З усіх вигадок людського розуму, від єдинорогів і химер до водневої бомби, саме фантастичне це образ чорної діри, кордон якої ніщо не може перетнути, і навіть світло затримується її мертвою хваткою ».
У наші дні, задіявши для спостереження орбітальні телескопи, вчені встановили цікаві факти. Виявилося, що чорні діри діляться на два види. До першого з них відносяться масивні об'єкти, розміри яких становлять близько трьох мас нашого світила. До другого ж так звані надмасивні (розміром від мільйона до мільярда мас Сонця). На даний момент фахівцями зафіксовано розташування близько 20 потужних і близько 200 надмасивних чорних дір. Крім того, було встановлено ще близько 220 місць, в яких, ймовірно, знаходяться ці об'єкти.
«Головна загадка Всесвіту» не втомлюється підкидати дослідникам інформацію до роздумів. Так, чимало питань виникає у зв'язку з відкриттям маленьких, але надмасивних чорних дір. Наприклад, об'єкт, що знаходиться в центрі галактики NGC 4395 в сузір'ї Гончих Псів, цікавий тим, що, всупереч математичними розрахунками, випромінює в рентгені напрочуд інтенсивно. Ця чорна діра є настільки ж потужною, як і її особливо великі «родичі» в центрах інших галактик. А адже дана «невидимка» важче нашого світила «всього» в 50 000 разів, тоді як звичайні надмасивні чорні діри, як правило, в мільйони і мільярди разів масивніше Сонця.
Наявність невеликих за розмірами, але особливо потужних «загадок Всесвіту» може пояснити властивості одного з типів активних галактик. Вважається, що в їх центрі є «невидимки»; такі галактики менш яскраві, ніж квазари, але випускають велику кількість рентгенівських променів.
Надмасивні чорні діри випромінюють у Всесвіт набагато більше енергії, ніж всі зірки разом узяті. При цьому багато хто з подібних об'єктів імовірно сформувалися відносно недавно; дослідники вважають, що принаймні 15% всіх надмасивних чорних дір виникло, коли вік Всесвіту був наполовину менше. В даний час «невидимки» також продовжують рости. В останні два-три роки стало ясно, що Всесвіт не тільки розширюється, але і робить це з пристойним прискоренням. Його забезпечують величезні невидимі маси матерії. Загадкові «білі плями» світобудови виробляють 30% енергії, за рахунок якої відбувається розширення. А ось звідки беруться ще 70% поки невідомо (вчені називають цю частину «темною енергією Всесвіту»).
Маси загадкових об'єктів, що утворюються в результаті колапсу газових хмар, від мільйонів до мільярдів разів перевищують маси зірок. Розміри таких «островів мороку» можна порівняти з розмірами нашої Сонячної системи. При цьому, на думку астрономів, надмасивні чорні діри містяться в центрі більшості галактик. Наша з вами теж не є винятком із загального правила. Причому недавні спостереження супермасивних «невидимок», що обертаються навколо одна одної в центрі NGC 6240 (в сузір'ї Змієносця), дозволили припустити: в разі злиття галактик їх чорні діри також піддаються об'єднанню. На завершення цього процесу йде кілька сотень мільярдів років.
По суті, чорна діра є невивченим елементом нашого Всесвіту, своєрідним «білою плямою». Але тим не менш, сучасна фізика фактично вимагає, щоб це явище існувало. Причому в достатній кількості. І таких активних галактичних джерел справді на диво багато. У рентгенівському діапазоні ми бачимо в десять разів більше галактик, ніж при самих детальних оптичних оглядах!
Отже, виявилося, що дане явище у Всесвіті досить поширене. Тому в останнє десятиліття виникло нове перспективний науковий напрямок демографія чорних дір. Воно вивчає розподіл цих загадкових об'єктів в просторі і взаємодія їх з іншими матеріальними об'єктами.
На підставі багаторічної роботи Хокінг зробив висновок: квантове випаровування чорних дір неминуче. А це означає, що дані об'єкти вмирають. Цікава спроба співвіднести розміри і масу дивовижних «білих плям» світобудови. Зокрема, розрахунки британського вченого показують: чорна діра вагою в 1 мільярд тонн (маса гори) мала б. розмір нейтрона або протона. До речі, професор переконаний, що час формування загадкових «невидимок» перевершує час життя самого Всесвіту! Правда, квантової теорії чорних дір поки не існує, а це значить, що процеси, на які вказав Стівен Хокінг, в даний час зрозуміти в повній мірі неможливо.
Пильна увага фахівців до проблеми існування «невидимок» пояснюється досить вагомими причинами. Відносно недавно американський телескоп «Хаббл» зафіксував цікавий, але не дуже приємний факт: чорна діра GROJ 1655-40 із сузір'я Скорпіона прямо рухається до нашого Сонця. Невідомий монстр знаходиться, безумовно, далеко від нас на відстані в 6000 світлових років. Однак привід для занепокоєння є. Швидкість даного об'єкта вселяє повагу: вона становить 40 000 км на годину! По ходу свого руху чорна діра «з'їдає» зірки. Мабуть, це ж станеться в далеко не світле майбутнє і з нашим власним Сонцем. А поки вчені намагаються розібратися, що ж являє собою ця напасть.
Однак дане відкриття викликало парадокс: британський професор стверджував, що енергія, яка надходить з чорної діри, не містить ніякої «інформації» про поглиненої матерії. Тоді після випаровування «невидимки» від неї не залишається і сліду, отже, не залишається і ніякої інформації. А це суперечить всім законами квантової механіки. Дозволити цей парадокс Стівен Хокінг намагався протягом 30 років. Тепер професор вважає, що загадкові «білі плями» все ж дозволяють інформації виходити назовні; в такому випадку падіння в чорну діру «це не подорож з квитком в один кінець». За теорією Хокінга, «невидимки» не мають ясно окресленого горизонту подій, який приховує всі в них від зовнішнього світу, і не знищують падаючі тіла повністю і без сліду. Замість цього жертви гравітаційної пастки продовжують випромінювати енергію протягом тривалих періодів часу, поки «чорна діра тільки формується». «Але пізніше горизонт відкривається і випускає інформацію щодо того, що впало всередину, так що ми можемо перевірити минуле і можемо передбачати майбутнє», стверджує вчений. Правда, таке його заяву відразу ж розчарувало любителів наукової фантастики: «Якщо ви потрапляєте в чорну діру, ваша маса-енергія буде повернута в наш Всесвіт, але в спотвореному вигляді».
До речі, загадкові «невидимки», виявляється, здатні «співати»! Тобто від них виходять звукові хвилі. Наприклад, подібний об'єкт із сузір'я Персея (близько 250 мільйонів світлових років від Землі) постійно «муркоче» ноту, відповідну сі-бемоль, причому на 57 октав нижче першої октави. Що це? Свідоцтво процесу, завдяки якому пилові хмари, що оточує чорну діру, розжарюється? Мабуть, так. Але все ж в уяві постає, картину, дуже далеку від науки: прослухавши чергову порцію припущень і здогадок щодо власної персони, грандіозний «невидимка» продовжує іронічно кепкувати з вченими, наспівуючи собі під ніс нехитру пісеньку Часу.
В.Сядро, Т.Іовлева, О.Очкурова "100 знаменитих загадок природи"